TD4 - Siedediagramme binärer Mischungen

Es sollen die thermodynamischen Eigenschaften einer Mischung aus zwei unbekannten Komponenten untersucht werden. Hierzu wird zuerst die Abhängigkeit des Brechungsindex vom Molenbruch der Komponenten in Gas- und Flüssigphase ermittelt. Im Folgenden wird dann das Siedediagramm der Stoffmischung aufgestellt.

• keine Wechselwirkungen zwischen den Teilchen -> Flüssigkeiten existieren nur wegen intermolekularen / atomaren WW

• Teilchen in idealen Gasen werden außerdem als Punktmassen ohne Volumen betrachtet und Stöße mit der Umgebung sind vollelastisch

• Für ideale Mischungen gilt somit, dass keine Mischeffekte durch die Komponenten auftreten

• WW zwischen fremden und gleichartigen Molekülen gleich stark,

• bei idealen Mischphasen keinerlei Mischeffekte (Volumen, innere Energie, Enthalpie, Wärmekapazität sind Erhaltungsgrößen undsetzen sich additiv aus den einzelnen Komponenten zusammen)

• In Thermodynamik von Mischphasen meist nur Stoffmengenänderungen von Interesse

• die Abhängigkeit von G von der Zusammensetzung der Mischphase ist das chemische Potential µ

• Für reale Mischungen: Flüssig (ai = Aktivität, die die effektive Konzentration eines Stoffes bezeichnet) und Gasförmig (fg = Fugazität, die die Tendenz eines Stoffes angibt, eine Phase zu verlassen

Phasenumwandlung von Flüssigkeiten in die Gasphase

• Molenbruch der Komponenten gegen die Temperatur bei der siedet aufgetragen

• unspezifisch, da zwischen  Siedetemp und Molenbruch keine physikalischen Gesetze

• von höherer praktischer Bedeutung, da bei konstantem Druck aufgenommen

• Xa / Xb Molenbrüche in Flüssigphase

• Punkt A: flüssiges Gemisch -> Erhitzen zu Punkt B: beginnt zu sieden -> im thermischen Gleichgewicht beide Phasen selbe Temperatur -> Zusammensetzung entstandener Dampf aus wechseln zu Punkt C auf Isothermer -> Molenbruch ablesen

Phasenumwandlung von Gasphase in Flüssigkeit

• Gesamtdruck und Partialdrücke sämtlicher Komponenten gegen den Molenbruch einer Komponente aufgetragen

• Ya / Yb Molenbrüche in Dampfphase

1) ideale Mischung

2) reale Mischungen (∆mixH^0 < 0) -> Anziehung zwischen AB größer als AA / BB

3) nicht-ideale Mischungen (∆mixH^0 > 0) -> Anziehung zwischen AB kleiner als AA / BB

1) ideale Mischung

2) reale Mischungen (∆mixH^0 < 0) -> Anziehung zwischen AB größer als AA / BB

3) nicht-ideale Mischungen (∆mixH^0 > 0) -> Anziehung zwischen AB kleiner als AA / BB

• Gemisch verhält sich wie Reinstoff (keine Konnodenwanderung möglich)

• Trennung der Gemische nicht mehr möglich

• optisches Gerät, das Prinzip der gesamten internen Lichtbrechung verwendet um Brechungsindex einer Lösung zu bestimmen

• Lösung mit kleinem Brechungsindex n befindet sich zwischen 2 Prismen mit größerem bekannten Brechungsindex n´

• Lichstrahlen treffen mit Winkel größer kritischer Winkel alphamax auf die Flüssigkeit-Feststoff-Barriere -> Totalreflexion an der Flüssigkeitsgrenze -> Licht wird in zweitem Prisma nicht mehr erfasst (Schattengrenze)

• Der Winkel zwischen der Schattengrenze und der Normalen wird mit α​max / α​r angenommen

• Brechungsindex n der zu untersuchenden Mischung:

• zur Temperaturmessung

• 2 elektrische Leiter aus verschiedenen Materialien, die an einer Verbindungsstelle verbunden sind. Aufgrund des thermoelektrischen Effekts wird zwischen den beiden Elektroden eine zur Temperaturänderung proportionale Spannung gemessen. Die Spannung am Siedepunkt wird mit einer Kalibriertabelle verglichen und die Siedetemperatur der Mischung bestimmt.

• Brechungsindex jeder Lösung 3x gemessen

• Dann Lösung zum Kochen bringen und Siedepunkt mit Thermoelement bestimmen (wenn sich die vom Thermoelement gemessene thermoelektrische Spannung nicht weiter zu ändern scheint)

• Nochmal Brechungsindex messen